KR102521945B1 - 동축반전 비행체의 로터 장치 - Google Patents

Abstract

콜렉티브 조종 입력과 사이클릭 조종입력 및 요잉 조종 입력 중 적어도 일부가 co-link 되어 작동되는 동축반전 비행체의 로터장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 동축반전 비행체의 로터장치는 콜렉티브 조종 입력(Collective Control Input) 및 사이클릭 조종 입력(Cyclic Control Input)을 분리함으로써, 로터유닛의 구성품을 단순화할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 동축반전 비행체의 로터장치는 비행체의 요 컨트롤(Yaw Control)을 위한 장치를 콜렉티브 조종 입력(Collective Control Input)을 위한 장치와 연계하여, 요 컨트롤(Yaw Control)을 위한 추가 부품 구성을 최소화할 수 있다.

Description

동축반전 비행체의 로터 장치{ROTOR APPARATUS OF COAXIAL COUNTER-ROTATING AIRCRAFT}

본 발명은 동축반전 비행체의 로터 장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 콜렉티브 조종 입력과 사이클릭 조종 입력을 분리하며, 각각의 로터유닛에 대한 분배를 조절하는 방식으로, 로터의 구조를 단순화할 수 있는 동축반전 비행체의 로터 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 헬리콥터 등의 회전익 비행체에서는 로터(Rotor, 회전 날개)를 회전시켜 양력(Lift) 및 추력(Thrust)을 얻는다. 이때, 로터의 회전모멘트에 의해 토크가 발생하는데, 이를 상쇄하기 위하여 테일로터(Tail rotor)를 이용하였으나, 이에 의하여 양력발생과 무관한 동력손실이 초래된다.

따라서, 헬리콥터의 모든 동력을 양력 발생에 사용하면서 회전모멘트를 상쇄시킬 수 있는 로터의 구성이 개발되어 왔다. 대표적으로, 두 개의 로터를 앞뒤로 배치시킨 직렬로터식 헬리콥터(Tandem Rotor Helicopter), 두 개의 로터를 양옆으로 배치시킨 병렬로터식 헬리콥터(Side-by-Side Rotor Helicopter), 두 개의 로터를 아래위로 배치시킨 동축 반전 로터식 헬리콥터(Coaxial Rotor Helicopter) 등이 있다.

여기에서, 동축 반전 로터식 구성은 두 개의 주로터를 동심이축 상에 상하로 배치하여 서로 반대로 회전 구동함으로써 동력 손실 없이 토크를 상쇄시키는 장점이 있다.

기운용되고 있는 동축반전 회전익 항공기(예컨대, Ka-32A12 Rotor)에서는 요 컨트롤(Yaw Control)을 위해 Differential Collective 조종 입력 적용을 위해 추가적인 레버(Lever)를 적용하는 방식이다. 이는 상부로터 및 하부로터의 콜렉티브 조종 입력(Collective Control Input)/사이클릭(Cyclic Control Input)을 모두 입력하기 위해, 상부 스와시플레이트와 하부 스와시플레이트를 모두 로드 엔드(Rod end)를 통해 연결한다.

다만, 이러한 기존의 방식은 조종을 위한 추가 구성품을 로터 상에 배치하여 로터 조종 부분의 구성품 개수가 많다는 단점이 있다. 더불어, 상부 로터 및 하부 로터에 조종입력 분배를 위해 상부 스와시 플레이트 및 하부 스와시 플레이트를 서로 연결하여야 하여, 항공기 항력에 악영향을 미치는 다수의 외부 노출 부품을 필요로 하는 문제가 있다.

따라서, 상부 로터 구조를 단순화하고, 상부 로터의 구성품으로서 특히 마스트 외부로 노출되는 부품 개수를 줄이기 위한 로터 기술의 제시가 요구된다.

대한민국 등록특허 제10-0675345호(2007.01.22. 등록)

본 발명은 상부 로터 구조를 단순화하고, 상부 로터의 구성품으로서 특히 마스트 외부로 노출되는 부품 개수를 줄이기 위한 동축반전 비행체의 로터 장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

항공기 동체로부터 연장 형성되는 주축(Mast)에 회동 가능하게 설치되며, 복수의 제1 블레이드를 포함하는 제1 로터유닛, 제1 로터유닛과 동일한 주축을 기준으로 독립적으로 회동 가능하게 설치되며, 제1 블레이드의 상측에서 회전되는 복수의 제2 블레이드를 포함하는 제2 로터유닛, 엔진으로부터 발생된 동력을 제1 로터유닛과 제2 로터유닛에 동력을 전달하도록 구성되며, 일측이 비행체와 고정되는 기어박스 및 제1 로터유닛과 제2 로터유닛에 콜렉티브 입력(collective input), 사이클릭 입력(collective input) 및 요잉 입력(yawing input)을 전달할 수 있도록 구성되는 링크조립체를 포함하며, 링크조립체는 콜렉티브 입력 링크 조립체, 사이클릭 입력 링크 조립체 및 요잉 입력 링크 조립체를 포함하며, 콜렉티브 입력 링크 조립체는, 기어박스의 일측에 구비된 콜렉티브 고정 플레이트 및 양단 사이의 제1 지점에서 콜렉티브 고정 플레이트와 회전가능하게 연결되며, 일단에 위치한 제2 지점에 연결된 비회전 스와시 플레이트의 수직방향 위치를 조절할 수 있도록 구성되는 제1 콜렉티브 레버를 포함하며, 사이클릭 입력 링크 조립체는, 제1 콜렉티브 레버의 제1 지점과 제2 지점 사이의 제3 지점을 중심으로 제1 콜렉티브 레버와 상대적으로 회전 가능하게 연결되며, 일단이 비회전 스와시 플레이트의 각도를 조절할 수 있도록 구성되는 동축반전 비행체의 로터장치가 제공될 수 있다.

한편, 콜렉티브 입력 링크 조립체는, 제1 로터유닛의 제1 비회전 스와시 플레이트의 수직방향 위치를 조절할 수 있도록 구성되는 제1 콜렉티브 입력 링크 조립체, 제2 로터유닛의 제2 비회전 스와시 플레이트의 수직방향 위치를 조절할 수 있도록 구성되는 제2 콜렉티브 입력 링크 조립체 및 제1 콜렉티브 입력 링크 조립체와 제2 콜렉티브 입력 링크 조립체를 동시에 동일한 방향으로 이동시키도록 구성되는 제2 콜렉티브 레버를 포함할 수 있다.

또한, 제2 콜렉티브 레버는 일단이 기어박스와 연결되어 각도조절 가능하게 구비될 수 있다.

한편, 요잉 입력 링크 조립체는, 제2 콜렉티브 레버 상에서 각도조절이 가능하게 구성되는 T 링크 및 T 링크의 상측에 각도조절가능하게 연결되며, 위치조절에 따라 T 링크의 각도를 조절할 수 있도록 구성되는 요잉 서브 링크 및 구동력을 전달받으며, 기어박스의 일지점을 중심으로 피벗되면서 요잉 서브 링크의 위치를 조절할 수 있도록 구성되는 요잉 조절 레버를 포함하며, T 링크의 회전 중심으로부터 반대 방향으로 이격된 두 지점은 한 쌍의 제1 콜렉티브 레버의 위치를 각각 조절할 수 있는 한 쌍의 제1 콜렉티브 레버와 각각 연결되며, T 링크의 각도가 변화됨에 따라 한 쌍의 제1 콜렉티브 레버는 서로 반대방향으로 위치가 조절되도록 구성돌 수 있다.

한편, 제2 콜렉티브 레버는, 각도가 조절되는 경우 T 링크의 위치가 조절되면서 한 쌍의 제1 콜렉티브 레버가 동일한 방향으로 조절되도록 구성될 수 있다.

한편, 비회전 스와시 플레이트는 기어 박스의 상부와 하부에 각각 구비될 수 있도록 한 쌍으로 구성되며, 비회전 스와시 플레이트에 의해 지지되면서 회전할수 있도록 구성되는 한 쌍의 회전 스와시 플레이트를 더 포함하며, 한 쌍의 회전 스와시 플레이트로부터 마스트 내부를 통하여 제2 로터유닛에 동력을 전달할 수 있도록 구성되는 반전 링크 조립체를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 동축반전 비행체의 로터장치는 콜렉티브 조종 입력(Collective Control Input) 및 사이클릭 조종 입력(Cyclic Control Input)을 분리함으로써, 로터유닛의 구성품을 단순화할 수 있게 된다.

더불어, 비행체의 요 컨트롤(Yaw Control)을 위한 장치를 콜렉티브 조종 입력(Collective Control Input)을 위한 장치와 연계하여, 요 컨트롤(Yaw Control)을 위한 추가 부품 구성을 최소화할 수 있다.

그 결과, 기존의 동축반전 비행체의 복잡한 상부 로터 구조를 크게 단순화할 수 있어, 비행체의 설계상으로 또는 성능 면에서 신뢰성을 크게 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 동축반전 비행체의 로터장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타난 동축반전 비행체의 로터장치의 측면도이다.
도 3은 도 2의 기어박스를 중심으로 한 부분확대도이다.
도 4는 기어박스의 정면을 나타낸 부분확대도이다.
도 5a는 링크 조립체의 분해사시도이다.
도 5b는 링크 조립체의 연결관계를 도시한 분해사시도이다.
도 6은 마스트의 하부 및 반전 링크 조립체의 일부를 도시한 부분절개 단면도이다.
도 7은 콜렉티브 입력시의 링크 조립체의 작동개념을 도시한 개념도이다.
도 8은 사이클릭 입력시의 링크 조립체의 작동개념을 도시한 개념도이다.
도 9는 요잉 입력시의 링크 조립체의 작동개념을 도시한 개념도이다.
도 10은 도 9의 상태에서 T 로드를 중심으로 확대하여 도시한 부분확대도이다.
도 11a, 11b 및 11c는 콜렉티브 입력 발생시 작동상태도를 도시한 도면이다.
도 12a, 12b 및 12c는 사이클릭 입력 발생시 작동상태도를 도시한 도면이다.
도 13a, 13b 및 13c는 요잉 입력 발생시 작동상태도를 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 에 대하여, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 이하의 실시예의 설명에서 각각의 구성요소의 명칭은 당업계에서 다른 명칭으로 호칭될 수 있다. 그러나 이들의 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 변형된 실시예를 채용하더라도 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 각각의 구성요소에 부가된 부호는 설명의 편의를 위하여 기재된다. 그러나 이들 부호가 기재된 도면상의 도시 내용이 각각의 구성요소를 도면내의 범위로 한정하지 않는다. 마찬가지로 도면상의 구성을 일부 변형한 실시예가 채용되더라도 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 당해 기술 분야의 일반적인 기술자 수준에 비추어 보아, 당연히 포함되어야 할 구성요소로 인정되는 경우, 이에 대하여는 설명을 생략한다.

이하에서 '입력'이라 함은 기구적으로 연결된 레버 또는 연결 로드에 의해 힘이 전달되고 위치 또는 각도가 변형되어 블레이드를 조절하기 위한 일련의 과정임을 전제로 설명하도록 한다.

또한, 이하에서 연결 로드는 양단에 다른 구조물과 회전가능하게 연결될 수 있도록 구성되는 베어링이 구비될 수 있으며, 양단간의 길이가 조절될 수 있는 구성일 수 있다. 일 예로서, 길이조절이 가능한 로드 엔드 베어링(rod end bearing)일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 동축반전 비행체의 로터 장치(1)의 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 동축반전 비행체의 로터 장치(1)는 로터 유닛, 마스트(10), 기어박스(20), 링크 조립체(50), 구동부 및 반전 링크 조립체(60)를 포함할 수 있다.

로터 유닛은 제1 로터 유닛(30) 및 제1 로터 유닛(30)과 반대방향으로 회전할 수 있도록 구성되는 제2 로터 유닛(40)을 포함할 수 있다. 제1 로터 유닛(30)은 상대적으로 하측에 배치되는 적어도 하나의 제1 블레이드(31)를 회전시킬 수 있도록 구성되며, 제2 로터 유닛(40)은 제1 로터 유닛(30)과 동축으로 회전하며, 제1 블레이드(31)의 상측에서 회전하는 적어도 하나의 제2 블레이드(41)를 회전시킬 수 있도록 구성된다. 한편, 블레이드 개수는 복수로 구성될 수 있으나, 본 명세서에서는 제1 블레이드(31) 및 제2 블레이드(41)가 각각 동일한 각도로 이격되어 형성되는 3개의 블레이드로 구성됨을 전제로 설명하도록 한다.

마스트(10)는 기어박스(20)로부터 상측 방향으로 연장되어 형성되며, 회전하는 제1 로터 유닛(30)과 제2 로터 유닛(40)을 지지하면서 고정할 수 있도록 구성된다. 마스트(10)는 내측이 비어있는 할로우 형태의 원통형 구조로 구성될 수 있다.

기어박스(20)는 엔진으로부터 동력을 전달받아 동일한 기어비로 제1 로터 유닛(30)과 제2 로터 유닛(40)에 회전력을 전달할 수 있도록 구성된다. 기어박스(20)는 비행체의 프레임과 연결되어 고정될 수 있다. 다만 이러한 기어박스(20)의 내부 구조는 다양하게 구성될 수 있으므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.

링크 구조체는 동축이 반전되어 회전하는 로터 유닛의 블레이드 피치, 사이클릭 입력 및 요잉 입력을 전달할 수 있도록 구성될 수 있다. 링크 구조체는 일측이 기어박스(20) 상에서 피벗, 즉 각도조절이 가능하게 연결되는 복수의 레버와 레버에 연결되는 복수의 연결 로드(400)를 포함하여 구성될 수 있다. 한편, 링크 구조체에 대하여는 차후 상세히 설명하도록 한다.

구동부는 제1 블레이드(31) 및 제2 블레이드(41)의 피치 각도를 조절하기 위한 동력을 전달할 수 있도록 구성된다. 구동부는 콜렉티브 구동부(70), 사이클릭 구동부(80), 요잉 구동부(90)를 포함하여 구성될 수 있다. 각각의 구동부는 링크 구조체의 각 연결 로드(400)와 연결되어 링크 구조체에 동력을 전달할 수 있도록 구성된다. 일 예로서, 리니어 또는 로터리 액추에이터로 구성되어 연결될 수 있다.

반전 링크 조립체(60)는 기어박스(20)의 하측에서 마스트(10) 내부를 통하여 상측에 배치된 제2 블레이드(41)로 입력을 전달할 수 있도록 구성된다. 반전 링크 조립체(60)는 복수의 레버 및 연결 로드(400)를 포함하여 구성되며, 링크 조립체(50)로부터 발생되는 입력을 반전시켜 마스트(10) 내부로 전달하며, 또한 마스트(10)의 최상단에서 입력방향을 재반전하여 제2 블레이드(41)에 전달한다.

도 2는 도 1에 나타난 동축반전 비행체의 로터 장치(1)의 측면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 동축반전 비행체의 로터 장치(1)는 기어박스(20), 제1 로터 유닛(30), 제2 로터 유닛(40) 및 반전 링크 조립체(60)는 종래의 동축반전 비행체에 적용되는 구성으로 구비될 수 있다.

즉 기어박스(20)의 상측에는 제1 비회전 스와시 플레이트(32)가 구비되고, 제1 비회전 스와시 플레이트(32)는 마스트(10) 상에서 상하 방향으로 소정거리 이동될 수 있도록 구성될 수 있다. 또한 제1 비회전 스와시 플레이트(32)에 의해 지지되면서 제1 블레이드(31)와 함께 회전하는 제1 회전 스와시 플레이트(33)가 구비될 수 있다.

한편, 기어박스(20)의 하측에는 제2 비회전 스와시 플레이트(42)가 구비되고, 제2 비회전 스와시 플레이드 또한 기어박스(20)의 하측에서 상하방향으로 이동될 수 있도록 구성될 수 있다(콜렉티브 입력). 또한 제2 비회전 스와시 플레이트(42)에 의해 지지되면서 회전가능하도록 구성된 제2 회전 스와시 플레이트(43)가 구비될 수 있다.

전술한 회전 스와시 플레이트는 마스트(10)에 구비된 짐벌 베어링에 구비되어 회전 중심축으로부터 이격된 지점에서 수직방향으로 힘이 가해지는 경우 기울어지도록 구성될 수 있다(사이클릭 입력).

한편, 링크 조립체(50)로부터 발생하는 입력들은 비회전 스와시 플레이트로 전달되고, 이로 인한 비회전 스와시 플레이트의 수직방향 위치 이동 및 기울어짐은 회전 스와시 플레이트의 자세 및 위치 조절을 야기한다.

회전 스와시 플레이트와 각각의 블레이드에 연결된 연결로드의 위치가 조절됨에 따라 블레이드의 각도가 조절될 수 있다. 이때 블레이드의 피치 각도는 전체적으로 동일하게 조절되거나(콜렉티브 입력), 블레이드의 회전 각도에 따른 피치 각도 조절(사이클릭 입력), 그리고 제1 블레이드(31)와 제2 블레이드(41)간의 반대 방향으로의 피치 각도(요잉 입력)조절이 이루어질 수 있다.

이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여 링크 조립체(50)의 구성에 대하여 설명하도록 한다.

도 3은 도 2의 기어박스(20)를 중심으로 한 부분확대도이며, 도 4는 기어박스(20)의 정면을 나타낸 부분확대도이며, 도 5a는 링크 조립체(50)의 분해사시도이며, 도 5b는 링크 조립체(50)의 연결관계를 도시한 분해사시도이다.

도 3 내지 도 5b를 참조하면, 링크 조립체(50)는 콜렉티브 입력 링크 조립체(50), 사이클릭 입력 링크 조립체(200) 및 요잉 입력 링크 조립체(300)를 포함하여 구성될 수 있다.

콜렉티브 입력 링크 조립체(50)는 콜렉티브 입력에 의해 제1 비회전 스와시 플레이트(32) 및 제2 비회전 스와시 플레이트(42)를 동일하게 상하 방향으로 이동시킬 수 있도록 구성된다.

콜렉티브 입력 링크 조립체(50)는 제1 콜렉티브 입력 링크 조립체(110), 제2 콜렉티브 입력 링크 조립체(120) 및 제2 콜렉티브 레버(130)를 포함할 수 있다. 또한 복수의 연결 로드(400)를 포함할 수 있다.

제1 콜렉티브 입력 링크 조립체(110)는 기어박스(20)의 상측에 연결된 제1 비회전 스와시 플레이트(32)로 콜렉티브 입력을 전달할 수 있도록 구성된다.

제1 콜렉티브 입력 링크 조립체(110)는 콜렉티브 고정 플레이트(111) 및 제1 콜렉티브 레버(112)를 포함할 수 있다. 또한 복수의 연결 로드(400)를 포함할 수 있다.

콜렉티브 고정 플레이트(111)는 하단이 기어박스(20)의 상측과 회전가능하게 연결되며, 상단은 제1 콜렉티브 레버(112)의 일측과 회전가능하게 연결될 수 있다.

제1 콜렉티브 레버(112)는 소정길이로 연장되어 형성되며, 기어박스(20)에 대체로 수평방향으로 설치되나, 콜렉티브 입력에 의해 각도가 조절될 수 있다. 제1 콜렉티브 레버(112)는 대체로 중심부분에 구비된 제1 지점(P1)에서 전술한 콜렉티브 고정 플레이트(111)와 상대적으로 각도조절이 가능하도록 구성된다. 즉 지렛대와 같이 제1 지점(P1)을 중심으로 회전가능하게 구성된다.

제1 콜렉티브 레버(112)는 마스트(10) 상의 제1 비회전 스와시 플레이트(32)와 회전가능하게 제2 지점(P2)에서 연결될 수 있다. 또한 제1 지점(P1)과 제2 지점(P2) 사이의 제3 지점(P3)에서 후술할 사이클릭 입력 링크 조립체(200)와 회전가능하게 연결될 수 있다. 한편, 제1 콜렉티브 레버(112) 중 마스트(10)와 멀리 떨어진 제4 지점(P4)에서는 후술할 제2 콜렉티브 레버(130)로부터 동력을 전달받을 수 있도록 연결 로드(400)가 연결될 수 있다.

제2 콜렉티브 입력 링크 조립체(120)는 전술한 제1 콜렉티브 입력 조립체와 동일한 구성요소를 포함할 수 있으며, 전후 방향의 중심축을 기준으로 180도 회전된 위치에 구비될 수 있다.

제2 콜렉티브 레버(130)는 일측이 기어박스(20)의 전방에 회전가능하게 연결되며, 일측으로부터 콜렉티브 구동부(70)로부터 동력을 전달받고 각도가 조절된다. 이때 제2 콜렉티브 레버(130)에는 콜렉티브 입력 링크 조립체(50)의 전후방향의 중심축 상에서 회전할 수 있게 연결되는 T 로드(310)가 구비될 수 있다. T 로드(310)의 회전 중심으로부터 서로 반대방향으로 이격된 두 지점에는 각각 제1 콜렉티브 레버(112)의 제4 지점(P4)과 연결되는 한 쌍의 연결 로드(400)가 연결될 수 있다.

결국 제2 콜렉티브 레버(130)가 피벗되는 경우 T 로드(310)의 회전은 이루어지지 않고 동시에 한 쌍의 제1 콜렉티브 레버(112)의 제4 지점(P4)은 상승되거나 하강되는 병진움직임을 발생시킬 수 있다. 즉 상측과 하측의 콜렉티브 입력을 동기화시킬 수 있다.

사이클릭 입력 링크 조립체(200)는 상측의 제1 비회전 스와시 플레이트(32)의 각도를 조절하기 위한 제1 사이클릭 입력 링크 조립체(200)와 하측의 제2 비회전 스와시 플레이트(42)의 각도를 조절하기 위한 제2 사이클릭 입력 링크 조립체(200)를 포함할 수 있다.

제1 사이클릭 입력 링크 조립체(200) 및 제2 사이클릭 입력 링크 조립체(200)는 각각 좌우 한 쌍의 사이클릭 입력 레버(210)를 포함하여 구성될 수 있다.

좌우 한 쌍의 사이클릭 입력 레버(210)는 제3 지점(P3)을 중심으로 회전할 수 있게 전술한 제1 콜렉티브 레버(112)와 연결된다. 사이클릭 입력 레버(210)의 양단은 각각 연결 로드(400)와 연결된다. 사이클릭 입력 레버(210) 중 마스트(10)에 인접한 단부의 일지점(제5 지점(P5))에 연결된 연결 로드(400)는 대체로 수직 방향으로 배치되며, 비회전 스와시 플레이트의 일측과 연결된다. 또한 사이클릭 입력 레버(210) 중 마스트(10)로부터 이격된 위치(제6 지점(P6))의 연결 로드(400)는 사이클릭 구동부(80)와 연결될 수 있다.

한편, 제1 사이클릭 입력 링크 조립체(200) 및 제2 사이클릭 입력 링크 조립체(200)는 각각의 좌측 사이클릭 입력 레버(210)에 사이클릭 구동부(80)로부터 구동력이 동시에 전달되어 함께 동일한 방향으로 회전하게 된다. 또한 각각의 우측 사이클릭 입력 레버(210) 또한 마찬가지로 구동력이 전달되는 경우 동일한 방향으로 회전하게 된다. 즉 사이클릭 입력 링크 조립체(200)에서 좌측과 우측의 사이클릭 입력은 서로 독립적으로 이루어지나, 좌측 한 쌍의 사이클릭 입력은 동시에 이루어지며, 또한 우측 한 쌍의 사이클릭 입력은 동시에 이루어진다.

결국 사이클릭 입력에 의해 제1 비회전 스와시 플레이트(32)와 제2 비회전 스와시 플레이트(42)의 각도가 동일하게 조절되며, 따라서 제1 블레이드(31) 및 제2 블레이드(41)의 회전 방향에 따른 피치 각도가 동일하게 조절될 수 있다.

한편, 사이클릭 입력 레버(210)는 전술한 바와 같이 콜렉티브 레버 상에서 회전가능하게 구성되며, 사이클릭 입력 레버(210)의 각도가 조절되는 경우 제3 지점(P3)의 위치가 조절되고 결국 콜렉티브 레버의 회전중심의 위치가 조절된다. 이때 사이클릭 입력 레버(210)의 길이, 콜렉티브 레버의 길이와 제3 지점(P3)의 위치 등의 기구학적인 요소에 따라 콜렉티브 레버의 조절에 따른 사이클릭 입력 레버(210)의 각도 조절량이 결정될 수 있다. 즉 각각의 레버들은 일 지점을 중심으로 회전하게 되나, 일정한 회전 각도의 범위 내에서 수직방향의 이동량이 실질적으로 동일해지는 범위가 발생한다. 본 실시예에서는 콜렉티브 레버의 가동범위 내에서 콜렉티브 레버의 제2 지점(P2)의 수직방향 위치 변화량과 사이클릭 입력 레버(210)의 제5 지점(P5)의 수직 위치 변화량이 실질적으로 동일해질 수 있도록 제3 지점(P3), 콜렉티브 레버의 길이 및 사이클릭 입력 레버(210)의 길이가 결정될 수 있다.

따라서 콜렉티브 입력에 의해 비회전 스와시 플레이트의 수직위치가 조절되더라도, 동일한 수직위치의 변화량만큼 사이클릭 입력 레버(210)의 제5 지점(P5)의 수직 위치 또한 변하게 된다. 따라서 콜렉티브 입력이 있더라도 별도의 사이클릭 입력이 없는 경우 사이클릭 입력은 중립(Neutral)을 유지하게 된다.

요잉 입력 링크 조립체(300)는 입력에 따라 한 쌍의 제1 콜렉티브 레버(112)를 서로 반대방향으로 조절할 수 있도록 구성된다. 요잉 입력 링크 조립체(300)는 T 로드(310), 요잉 서브 링크(320) 및 요잉 조절 레버(330)를 포함하여 구성될 수 있다.

T 로드(310)는 제2 콜렉티브 레버(130) 상에서 회전가능하게 연결되며, 회전 중심으로부터 동일한 거리로 이격된 두 지점(P7, P8)에 한 쌍의 제1 콜렉티브 레버(112)와 연결되는 연결 로드(400)가 각각 구비될 수 있다. T 로드(310)의 상측에는 후술할 요잉 서브 링크(320)가 회전가능하게 연결될 수 있다. T 로드(310)에 요잉 서브 링크(320)로부터 힘이 전달되는 경우 T 로드(310)는 제2 콜렉티브 링크 상에서 각도가 조절되며, 조절된 각도에 따라서 한 쌍의 제1 콜렉티브 링크를 서로 반대방향으로 동일한 각도로 조절할 수 있게 된다.

요잉 조절 레버(330)는 전술한 제2 콜렉티브 링크의 회전 중심과 동축으로 회전가능하게 연결되며, 일측으로 연장되어 요잉 구동부(90)로부터 동력을 전달 받을 수 있도록 구성될 수 있다. 요잉 구동부(90)와 요잉 조절레버 사이에는 연결 로드(400)가 구비되어 동력이 전달될 수 있다. 요잉 조절 레버(330)의 타측은 전술한 요잉 서브 링크(320)와 회전가능하게 연결될 수 있다. 결국 요잉 조절 레버(330)가 회전하는 경우 요잉 서브 링크(320)를 통하여 T 로드(310)에 힘을 전달하고 T 로드(310)를 회전시킬 수 있게 된다.

도 6은 마스트(10)의 하부 및 반전 링크 조립체(60)의 일부를 도시한 부분절개 단면도이다.

도 6을 참조하면, 기어박스(20)의 하측에는 제2 비회전 스와시 플레이트(42)가 구비되며, 제2 비회전 스와시 플레이트(42)의 하측에는 제2 비회전 스와시 플레이트(42)에 의해 지지되면서 수직방향 위치조절 및 각도 조절이 가능하도록 구성되는 제2 회전 스와시 플레이트(43)가 구비될 수 있다.

제2 회전 스와시 플레이트(43) 및 제2 비회전 스와시 플레이트(42)는 수직 방향 위치조절이 가등하도록 구성되며, 또한 짐벌 베어링상에 구비되어 각도가 조절될 수 있다.

제2 회전 스와시 플레이트(43)에는 원주방향을 따라 동일한 거리로 이격되어 연결 로드(400)가 구비될 수 있다. 연결 로드(400)는 마스트(10)의 하단에서 전달되는 힘을 반대방향으로 전환시킬 수 있도록 구성되는 반전 링크 조립체(60)와 연결될 수 있다.

반전 링크 조립체(60)는 마스트(10)의 하단과 상단까지 이어지는 로드를 포함하며, 마스트(10)의 상단 및 하단에서 힘의 방향을 반대로 전환할 수 있도록 마스트(10)와 피벗 가능하게 연결되는 연결로드를 포함할 수 있다.

이하에서는 도 7 내지 도 10을 참조하여 링크 조립체(50)의 동작에 대하여 상세히 설명하도록 한다. 도 7 내지 도 10에는 이해를 돕기 위하여 복잡한 링크 구조를 단순화하여 나타내었으며, 각각의 구동부가 생략되어 있으며, 기어 박스 또한 생략되어 있다.

도 7은 콜렉티브 입력시의 링크 조립체(50)의 작동개념을 도시한 개념도이다.

도 7을 참조하면, 콜렉티브 구동부(70)에 의해 연결 로드(400)를 상승시키는 입력이 발생한 경우 제2 콜렉티브 레버(130)가 시계 방향으로 각도가 조절된다. 이때 제2 콜렉티브 레버(130) 상에 연결되어 있는 T 로드(310)가 함께 상측 방향으로 소정거리 이동한다. 수직위치가 조절됨에 따라 T 로드(310)의 우측의 제7 지점(P7)과 연결된 연결 로드(400)와 좌측의 제8 지점(P8)에 연결된 연결 로드(400)가 함께 상측 방향으로 소정거리 이동하게 된다. 따라서 상측의 제1 콜렉티브 레버(112)는 제1 지점(P1)을 중심으로 회전각도가 조절되어 제4 지점(P4)은 상승하게 되며, 제2 지점(P2) 및 제3 지점(P3)은 하강하게 된다. 하측의 제1 콜렉티브 레버(112) 또한 동일한 방향으로 조절된다. 결국 상측의 제1 콜렉티브 레버(112)의 제2 지점(P2)과 연결된 제1 비회전 스와시 플레이트(32)는 하측 방향으로 직선 이동되며, 또한 하측의 제1 콜렉티브 레버(112)의 제2 지점(P2)과 연결된 제2 비회전 스와시 플레이트(42)도 하측 방향으로 직선이동된다.

한편, 이때 전술한 바와 같이 비회전 스와시 플레이트의 수직방향 위치가 조절될 때 사이클릭 구동부(80) 측의 제6 지점(P6)의 위치는 변하지 않으며, 제1 콜렉티브 레버(112)의 좌우측에 연결된 사이클릭 입력 레버(210)는 제3 지점(P3)이 하강하게 되므로, 제5 지점(P5)은 하강하게 된다. 결국 콜렉티브 입력에 의해 기구적으로 제1 콜렉티브 레버(112)의 제2 지점(P2)과 사이클릭 입력 레버(210)의 제5 지점(P5)은 유사하거나 실질적으로 동일한 거리로 하강하게 된다.

따라서 콜렉티브 입력 링크 조립체(50)와 사이클릭 입력 링크 조립체(200)가 co-link 되어 있어 콜렉티브 입력에 의해 사이클릭 입력 레버(210)의 위치도 함께 조절되므로 제1 및 제2 비회전 스와시 플레이트(42)의 기울어짐이 발생되지 않고 각 블레이드는 사이클릭 입력을 받지 않게 된다.

도 8은 사이클릭 입력시의 링크 조립체(50)의 작동개념을 도시한 개념도이다.

도 8을 참조하면, 도 7에서 좌측에 사이클릭 입력을 발생시켰을 때의 상태가 도시되어 있다. 좌측의 사이클릭 구동부(80)로부터 아래 방향으로 연결 로드(400)를 이동시키는 구동력이 전달된 경우 상측에 배치된 사이클릭 입력 레버(210)의 제6 지점(P6)과 하측에 배치된 사이클릭 입력 레버(210)의 제6 지점(P6)은 동시에 같은 거리로 하강하게 된다. 이때 상측 및 하측의 사이클릭 입력 레버(210)는 제3 지점(P3)을 중심으로 회전하게 되므로 상측 및 하측의 사이클릭 입력 레버(210)의 제5 지점(P5)은 상승하게 된다. 결국 제1 비회전 스와시 플레이트(32) 및 제2 비회전 스와시 플레이트(42)는 좌측으로 기울어지도록 각도가 조절된다.

도 9는 요잉 입력시의 링크 조립체(50)의 작동개념을 도시한 개념도이며, 도 10은 도 9의 상태에서 T 로드(310)를 중심으로 확대하여 도시한 부분확대도이다

도 9 및 도 10을 참조하면, 먼저 요잉 구동부(90)로부터 연결로드를 상측으로 밀어올리는 구동력이 전달된다. 연결 로드(400)와 연결된 요잉 조절 레버(330)는 제9 지점(P9)을 중심으로 회전이 이루어진다. 이때 요잉 조절 레버(330)의 타측에 연결된 요잉 서브 링크(320)는 우측으로 이동되면서 T 로드(310)를 회전시키게 된다. 이때 회전은 도 10을 기준으로 시계반대 방향으로 이루어진다. T 로드(310)가 회전하면 제6 지점(P6)에 연결된 연결 로드(400)는 하강하고, 제5 지점(P5)에 연결된 연결로드는 상승하게 된다. 결국 상측의 제1 콜렉티브 레버(112)와 하측의 제1 콜렉티브 레버(112)는 서로 반대방향으로 각도가 조절되며, 최종적으로 제1 비회전 스와시 플레이트(32) 및 제2 비회전 스와시 플레이트(42)의 수직방향으로의 이동방향이 반대가 된다.

이하에서는 도11a 내지 도 13c를 참조하여 콜렉티브, 사이클릭 및 요잉 입력에 따른 로터 장치(1)의 작동에 대하여 설명하도록 한다.

도 11a, 11b 및 11c는 콜렉티브 입력 발생시 작동상태도를 도시한 도면이다.

도 11a는 콜렉티브 입력이 Max인 상태가 도시되어 있으며, 제2 콜렉티브 레버(130)의 단부가 최고 수직 위치로 배치된 상태가 도시되어 있다. 도 11b는 콜렉티브 입력이 중립(Neutral)인 경우가 도시되어 있다. 또한 도 11c는 콜렉티브 입력이 Min인 경우의 상태가 도시되어 있으며, 제2 콜렉티브 레버(130)의 단부가 최저 수직 위치일 때의 상태가 도시되어 있다. 이때 비회전 스와시 플레이트의 수직위치가 각각 다르게 결정도며, 비회전 스와시 플레이트 및 회전 스와시 플레이트의 위치에 따라 제1 블레이드(31) 및 제2 블레이드(41)의 전체적인 피치 각이 조절되는 모습이 도시되어 있다.

한편 도 11a(b), 도 11b(b) 및 도 11c(b)에는 측면에서 바라본 제1 콜렉티브 입력 링크 조립체(110)와 스와시 플레이트 및 제1 블레이드(31)가 도시되어 있으며, 작동관계가 나타나 있다. 한편, 전술한 바와 같이 제1 콜렉티브 링크와 사이클릭 입력 레버(210)가 서로 회전 가능하게 연결되어 있으므로 제1 콜렉티브 링크의 각도 조절 경향에 따라 연결되어 있는 사이클릭 입력 레버(210)의 각도 또한 유사한 경향으로 조절된다. 따라서 콜렉티브 입력과 사이클릭 입력의 링크가 co-link 되어 있더라도 콜렉티브 입력에 의해 비회전 스와시 플레이트를 승강시킬 때 사이클릭 입력 레버(210) 또한 각도가 조절되므로 비회전 스와시 플레이트는 기울어지지 않고 승강될 수 있다.

도 12a, 12b 및 12c는 사이클릭 입력 발생시 작동상태도를 도시한 도면이다.

도 12a를 참조하면 사이클릭 입력이 Max 인 경우 좌우측의 사이클릭 입력 레버(210)의 각도가 서로 반대로 조절된 상태가 도시되어 있으며, 도 12b를 참조하면, 중립(Neutral) 위치로서, 사이클릭 입력 레버(210)의 각도가 초기 위치일 때, 그리고 도 12c에는 사이클릭 입력이 Min 인 경우 도 12a와 반대 경향으로 사이클릭 입력 레버(210)들의 각도가 조절된 상태가 도시되어 있다.

도 13a, 13b 및 13c는 요잉 입력 발생시 작동상태도를 도시한 도면이다.

도 13a 내지 도 13c를 참조하면, 요잉 입력에 의해 T 로드(310)가 회전하고 상측의 제1 콜렉티브 레버(112)와 하측의 제2 콜렉티브 레버(130)가 서로 반대 방향으로 각도가 조절되고, 최종적으로 제1 비회전 스와시 플레이트(32)와 제2 비회전 스와시 플레이트(42) 간의 수직 위치가 서로 반대 방향으로 조절될 수 있게 된다.

전술한 다양한 실시예에 따라, 본 발명의 일 실시예에 의한 동축반전 비행체의 로터장치는 콜렉티브 조종 입력(Collective Control Input) 및 사이클릭 조종 입력(Cyclic Control Input)을 분리함으로써, 로터유닛의 구성품을 단순화할 수 있게 된다.

더불어, 비행체의 요 컨트롤(Yaw Control)을 위한 장치를 콜렉티브 조종 입력(Collective Control Input)을 위한 장치와 연계하여, 요 컨트롤(Yaw Control)을 위한 추가 부품 구성을 최소화할 수 있다.

그 결과, 기존의 동축반전 비행체의 복잡한 상부 로터 구조를 크게 단순화할 수 있어, 비행체의 설계상으로 또는 성능 면에서 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1: 동축반전 비행체의 로터 장치
10: 마스트
20: 기어박스
30: 제1 로터 유닛
31: 제1 블레이드
32: 제1 비회전 스와시 플레이트
33: 제1 회전 스와시 플레이트
40: 제2 로터 유닛
41: 제2 블레이드
42: 제2 비회전 스와시 플레이트
43: 제2 회전 스와시 플레이트
50: 링크 조립체
60: 반전 링크 조립체
70: 콜렉티브 구동부
80: 사이클릭 구동부
90: 요잉 구동부
110: 제1 콜렉티브 입력 링크 조립체
111: 고정 플레이트
112: 제1 콜렉티브 레버
120: 제2 콜렉티브 입력 링크 조립체
130: 제2 콜렉티브 레버
200: 사이클릭 입력 링크 조립체
210: 사이클릭 입력 레버
300: 요잉 입력 링크 조립체
310: T 로드
320: 요잉 서브 링크
330: 요잉 조절 레버
400: 연결 로드
P1: 제1 지점 P2: 제2 지점
P3: 제3 지점 P4: 제4 지점
P5: 제5 지점 P6: 제6 지점
P7: 제7 지점 P8: 제8 지점
P9: 제9 지점

Claims (6)

1. 항공기 동체로부터 연장 형성되는 주축(Mast)에 회동 가능하게 설치되며, 복수의 제1 블레이드를 포함하는 제1 로터유닛;
   상기 제1 로터유닛과 동일한 주축을 기준으로 독립적으로 회동 가능하게 설치되며, 상기 제1 블레이드의 상측에서 회전되는 복수의 제2 블레이드를 포함하는 제2 로터유닛;
   엔진으로부터 발생된 동력을 상기 제1 로터유닛과 상기 제2 로터유닛에 동력을 전달하도록 구성되며, 일측이 비행체와 고정되는 기어박스; 및
   상기 제1 로터유닛과 상기 제2 로터유닛에 콜렉티브 입력(collective input), 사이클릭 입력(collective input) 및 요잉 입력(yawing input)을 전달할 수 있도록 구성되는 링크조립체를 포함하며,
   상기 링크조립체는 콜렉티브 입력 링크 조립체, 사이클릭 입력 링크 조립체 및 요잉 입력 링크 조립체를 포함하며,
   상기 콜렉티브 입력 링크 조립체는,
   상기 기어박스의 일측에 구비된 콜렉티브 고정 플레이트; 및
   양단 사이의 제1 지점에서 상기 콜렉티브 고정 플레이트와 회전가능하게 연결되며, 일단에 위치한 제2 지점에 연결된 비회전 스와시 플레이트의 수직방향 위치를 조절할 수 있도록 구성되는 제1 콜렉티브 레버를 포함하며,
   상기 사이클릭 입력 링크 조립체는,
   상기 제1 콜렉티브 레버의 상기 제1 지점과 상기 제2 지점 사이의 제3 지점을 중심으로 상기 제1 콜렉티브 레버와 상대적으로 회전 가능하게 연결되며, 일단이 상기 비회전 스와시 플레이트의 각도를 조절할 수 있도록 구성되는 동축반전 비행체의 로터장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 콜렉티브 입력 링크 조립체는,
   상기 제1 로터유닛의 제1 비회전 스와시 플레이트의 수직방향 위치를 조절할 수 있도록 구성되는 제1 콜렉티브 입력 링크 조립체;
   상기 제2 로터유닛의 제2 비회전 스와시 플레이트의 수직방향 위치를 조절할 수 있도록 구성되는 제2 콜렉티브 입력 링크 조립체; 및
   상기 제1 콜렉티브 입력 링크 조립체와 상기 제2 콜렉티브 입력 링크 조립체를 동시에 동일한 방향으로 이동시키도록 구성되는 제2 콜렉티브 레버를 포함하는 동축반전 비행체의 로터장치.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 제2 콜렉티브 레버는 일단이 상기 기어박스와 연결되어 각도조절 가능하게 구비되는 동축반전 비행체의 로터장치.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 요잉 입력 링크 조립체는,
   상기 제2 콜렉티브 레버 상에서 각도조절이 가능하게 구성되는 T 링크; 및
   상기 T 링크의 상측에 각도조절가능하게 연결되며, 위치조절에 따라 상기 T 링크의 각도를 조절할 수 있도록 구성되는 요잉 서브 링크; 및
   구동력을 전달받으며, 상기 기어박스의 일지점을 중심으로 피벗되면서 상기 요잉 서브 링크의 위치를 조절할 수 있도록 구성되는 요잉 조절 레버를 포함하며,
   상기 T 링크의 회전 중심으로부터 반대 방향으로 이격된 두 지점은 한 쌍의 제1 콜렉티브 레버의 위치를 각각 조절할 수 있는 한 쌍의 제1 콜렉티브 레버와 각각 연결되며,
   상기 T 링크의 각도가 변화됨에 따라 상기 한 쌍의 제1 콜렉티브 레버는 서로 반대방향으로 위치가 조절되도록 구성되는 동축반전 비행체의 로터장치.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 제2 콜렉티브 레버는, 각도가 조절되는 경우 상기 T 링크의 위치가 조절되면서 상기 한 쌍의 제1 콜렉티브 레버가 동일한 방향으로 조절되도록 구성되는 동축반전 비행체의 로터장치.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 비회전 스와시 플레이트는 상기 기어 박스의 상부와 하부에 각각 구비될 수 있도록 한 쌍으로 구성되며,
   상기 비회전 스와시 플레이트에 의해 지지되면서 회전할수 있도록 구성되는 한 쌍의 회전 스와시 플레이트를 더 포함하며,
   상기 한 쌍의 회전 스와시 플레이트로부터 마스트 내부를 통하여 상기 제2 로터유닛에 동력을 전달할 수 있도록 구성되는 반전 링크 조립체를 더 포함하는 동축반전 비행체의 로터장치.
   
   

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